Os comportamentos estranhos e desconcertantes dos buracos negros tornam-se cada dia menos misteriosos, com as novas observações feitas com as missões Swift e NuSTAR da NASA.
© NASA/JPL-Caltech (ilustração de um buraco negro spermassivo emitindo enorme explosão)
Os dois telescópios espaciais registraram um buraco negro supermassivo no meio de uma gigantesca explosão de raios X, ajudando os astrônomos a tentarem resolver um grande quebra-cabeça: Como os buracos negros supermassivos emitem flares (protuberâncias)?
Os resultados sugerem que os buracos negros supermassivos emitem explosões de raios X, quando suas coroas circundantes, fontes de partículas extremamente energéticas, são atiradas ou lançadas para fora dos buracos negros.
“Essa é a primeira vez que nós somos capazes de concatenar o lançamento da coroa com uma flare”, disse Dan Wilkins, da Universidade de Saint Mary em Halifax, no Canadá. “Isso nos ajudará a entender como os buracos negros supermassivos alimentam alguns dos objetos mais brilhantes do Universo”.
Os buracos negros supermassivos não emitem luz por si só, mas eles as vezes são circundados por discos de material quente e brilhante. A gravidade do buraco negro puxa o gás ao redor, aquecendo esse material e fazendo com que ele brilhe com diferentes tipos de luz. Outra fonte da radiação perto do buraco negro é a coroa. As coroas são feitas de partículas altamente energéticas que geram raios X, mas os detalhes sobre sua aparência, ou como elas se formam, ainda não são óbvios.
Os astrônomos acreditam que as coroas possuem duas prováveis configurações. O modelo do poste de luz, diz que elas são fontes compactas de luz, similar às lâmpadas, que localizam-se acima e abaixo do buraco negro, ao longo do seu eixo de rotação. O outro modelo propõem que as coroas são espalhadas de forma mais difusa, como uma nuvem maior ao redor do buraco negro, ou como um sanduíche que envelopa o disco circundante de material como fatias de pão. É possível que as coroas possam variar entre as duas configurações.
Os novos dados suportam o modelo do poste de luz, e demonstram com detalhes nítidos, como as coroas em forma de lâmpada se movem. As observações começaram quando o Swift, que monitora o céu por explosões cósmicas de raios X e de raios gama, registrou a flare vindo de um buraco negro supermassivo, chamado de Markarian 335 (Mrk 335), localizado a cerca de 324 milhões de anos-luz de distância da Terra, na direção da constelação de Pegasus. Esse buraco negro supermassivo, que localiza-se no centro de uma galáxia, foi uma das fontes de raios X mais brilhantes no céu.
“Algo muito estranho aconteceu em 2007, quando o Mrk 335 apagou por um fator de 30. O que nós descobrimos é que ele continuou expelindo flares mas não com a mesma intensidade de brilho e com tanta estabilidade como antes”, disse Luigi Gallo, o principal pesquisador para o projeto na Universidade Saint Mary.
Em Setembro de 2014, o Swift registrou uma grande flare no Mrk 335. Uma vez que Gallo descobriu, ele enviou um pedido para a equipe do NuSTAR para rapidamente seguir o objeto como parte do programa de oportunidade de alvo, onde as observações previamente planejadas são interrompidas por eventos importantes. Oito dias depois, o NuSTAR virou seus olhos de raios X para o alvo e testemunhou a metade final do evento de flare.
Após uma análise cuidadosa dos dados, os astrônomos perceberam que eles estavam vendo uma ejeção e um colapso eventual da coroa do buraco negro.
“A coroa se encolheu num primeiro momento e então se lançou para fora do buraco negro como um jato”, disse Wilkins. “Nós ainda não sabemos como os jatos nos buracos negros se formam, mas é interessante a possibilidade de que a coroa do buraco negro estava começando a formar a base do jato antes dela colapsar”.
Como os pesquisadores puderam dizer que a coroa se moveu? A coroa emitiu raios X que tem um espectro levemente diferente do espectro proveniente do disco ao redor de um buraco negro. Analisando um espectro de luz de raios X do Mrk 335, através de um intervalo de comprimentos de onda observado tanto pelo Swift como pelo NuSTAR, os pesquisadores puderam dizer que a coroa tinha brilhado em raios X, e que esse brilho foi devido ao movimento da coroa.
As coroas podem se mover rapidamente. A coroa associada com o Mrk 335 estava viajando a cerca de 20% da velocidade da luz. Quando isso acontece, e a coroa é lançada em nossa direção, sua luz brilha num efeito denominado de Explosão Relativística Doppler.
Colocando tudo isso junto, os resultados mostraram que o flare de raios X desse buraco negro foi causado pela ejeção da coroa.
“A natureza da fonte energética de raios X que nós chamamos de coroa é misteriosa, mas agora com a habilidade de ver as mudanças como essa, nós pudemos obter pistas sobre seu tamanho e sua estrutura”, disse Fiona Harrison, a principal pesquisadora do NuSTAR no Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena, que não estava afiliada com o estudo.
Muitos outros mistérios dos buracos negros permanecem sem resposta ainda. Por exemplo, os astrônomos querem entender o que causa a ejeção da coroa em primeiro lugar.
Um artigo que descreve os resultados foi publicado na revista Monthly Notices of The Royal Astronomical Society.
Fonte: Jet Propulsion Laboratory
